Od Kopernika do Newtona,

Największy przełom w historii nauk fizycznych dokonywał się w XVI i XVII w. dzięki rozwinięciu w tym okresie skutecznej i niemal całkowicie dojrzałej metody naukowej. Proces rozwijania nowej, racjonalno-empirycznej metody badawczej rozpoczął Mikołaj Kopernik. Jego dzieło okazało się wielką, niezwykle ważną i płodną syntezą renesansowego empiryzmu ze średniowieczną metafizyką. Od humanistów odrodzenia przejął Kopernik antydogmatyczną i emiryczną, dociekliwą i poszukującą, krytyczną postawę, która była wolna od wszelkiego mistycyzmu i walczyła otwarcie z więzami tradycji, wątpliwymi dogmatami i autorytetami. Od swoich filozofujących poprzedników przejął racjonalny i ścisły, a przy tym śmiały teoretyczny sposób myślenia, umożliwiający głębsze poznanie i zrozumienie świata zamiast poprzestawania na jakościowym, czysto zmysłowym poznaniu i powierzchownym opisie obserwowanych zjawisk. Kopernikańska płodna synteza tych uprzednio rozdzielonych i przeciwstawnych lub źle wymieszanych nurtów, postaw i sposobów myślenia stanowiła narodziny nowożytnego przyrodoznawstwa.
Znajdujemy więc w dziele Kopernika niemal wszystkie podstawowe zasady dzisiejszej metody naukowej, bez tak częstych u jego poprzedników domieszek religijnych, magicznych, mistycznych itp. Kopernik wierzył w sposób oczywisty w realność świata i jego poznawalność za pomocą zmysłowych obserwacj i rozumowania. Jego metoda jest ścisła, oparta na pomiarach i matematyce. W przytaczanych argumentach fizycznych na rzecz układu heliocentrycznego korzystał w sposób widoczny z założenia jednolitości materii i powszechności praw fizyki. Unikał wszelkich irracjonalnych i idealistycznych interpretacji obserwowanych zjawisk.
Kopernik był przekonany o wyższości swojej metody naukowej i krytykował dowolność i aprioryczność, jakościowy charakter i brak uzasadnienia założeń u wielu swych poprzedników. Był przekonany, że dobra teoria powinna być nie tylko ilościowo zgodna z doświadczeniem, ale powinna być również zgodna z „naturą rzeczy". Choć nie jest całkowicie jasne, jak rozumiał to wymaganie, to z jego własnych rozważań można sądzić, że dobra teoria powinna uwypuklać proste symetrie i prawa oraz powinna mieć jakieś głębsze, np. dynamiczne znaczenie. W sposób widoczny Kopernik szukał fizycznego uzasadnienia swojej heliocentrycznej teorii i aproponował sam ciekawą wielograwitacyjną hipotezę, która była pierwszym krokiem w kierunku prawa powszechnego ciążenia.
Zasługi Kopernika dla rozwoju fizyki polegają jednak nie tyle na wadze jego własnych odkryć i hipotez, co na wadze problemów fizycznych, jakie dzieło jego otworzyło dla następnych pokoleń astronomów i fizyków. W przeciwieństwie do zamkniętych od strony fizycznej systemów Eudoksosa-Arystotelesa oraz Ptolemeusza teoria Kopernika stanowiła system otwarty. Stała się, więc przebogatym źródłem fundamentalnych i płodnych dla rozwoju fizyki pytań dotyczących: kinematycznych i dynamicznych praw i zasad mechaniki, fizycznej struktury układu planetarnego i Wszechświata oraz podstawowych zasad metody naukowej przyrodoznawstwa.
Warto wspomnieć tu o Keplerze. Był to wybitny astronom, matematyk i fizyk niemiecki doby renesansu, profesor uniwersytetu w Grazu, Linzu, uczeń i kontynuator prac T. de Brahe w obserwatorium astronomicznym w Pradze, zwolennik teorii M. Kopernika, odkrył prawa ruchu planet Układu Słonecznego, opracował i opublikował tablice astronomiczne, obliczył objętości 92 brył obrotowych, prowadził prace w dziedzinie optyki, skonstruował lunetę (tzw. lunetę keplerowskę) oraz badał prawo załamania światła.
Tak więc na samym progu ery nowożytnej astronomia, jako najbardziej ilościowa z ówczesnych nauk fizycznych, stała się dzięki Kopernikowi oraz Keplerowi inspiratorką rozwoju całej fizyki. Dzieło tych dwóch kontynuował świadomie Galileusz. Uznając i popierając system heliocentryczny Kopernika ugruntowany na początku XVII w. przez odkrycia Keplera - Galileusz skoncentrował swe wysiłki głównie na ziemskiej fizyce. Przeprowadził systematyczne i wnikliwe pomiary i obserwacje różnych zjawisk. On pierwszy zrozumiał, że wbrew pozorom siła wiąże się z przyspieszeniem, a nie z prędkością. Skonstruował szereg nowych detektorów (termoskop, luneta, waga hydrostatyczna). Odkrył prawo ruchu wahadła, księżyce Jowisza, fazy Wenus itp. Przede wszystkim jednak pogłębił metodę naukową w zakresie detekcj i pomiarów zjawisk oraz wprowadził szereg ważnych dla dalszego rozwoju dynamiki pojęć.
Kolejnym wpływowym fizykiem był Giambattista della Porta żyjący w latach 1539-1615. Filozof, przyrodnik i okultysta włoski, założyciel muzeum i ogrodu botanicznego w Neapolu. Był przypuszczalnym odkrywcą camera obscura oraz autorem dzieł reprezentujących w dużej mierze magiczne podejście do zjawisk przyrodniczych, np. Phytognomonica (1588) czy Magia naturalis (1569).

Inni wpływowi ludzie baroku to William Gilbert (1540-1603). Ten angielski lekarz i fizyk, nadworny lekarz królowej Elżbiety I i króla Jakuba I był pionierem prac nad zjawiskami magnetycznymi i elektrycznymi. Obalił pogląd o pozaziemskiej naturze pola magnetycznego obserwowanego na Ziemi. Odkrył również indukcję magnetyczną i elektryzowanie się różnych ciał przez pocieranie (przed nim zjawisko to było znane wyłącznie dla elektronu). Wprowadził termin “elektryczny” dla tego typu oddziaływań (od elektron - greckiej nazwy bursztynu używanego w doświadczeniach). Niezgodnie z prawdą ustalił brak związku między elektrycznością a magnetyzmem, a to wywarło poważny wpływ na dalszy rozwój badań w tym kierunku.
Również Simon Stevin nie pozostał w cieniu wielkich wydarzeń. Ten niderlandzki uczony działał w Bruges. Wprowadził m.in. ułamki dziesiętne. Autor prac z dziedziny mechaniki i hydrostatyki. Dowiódł niemożliwości istnienia perpetuum mobile.

Sławną postacią jest przede wszystkim Kartezjusz, a dokładnie Ren Descartes. Wybitny filozof, racjonalista oraz matematyk i fizyk francuski. Prekursor współczesnej kultury umysłowej, postulował metodę rozumowania wzorowaną na myśleniu matematycznym (sceptycyzm metodologiczny), twórca kartezjanizmu oraz słynnej sentencji "cogito ergo sum" - myślę, więc jestem, głosił mechanistyczną i deterministyczną koncepcję przyrody, nawet ożywionej. W dziele Geometria (1637) stworzył podstawy geometrii analitycznej, wprowadził podstawowe pojęcia matematyczne takie jak: zmienna niezależna, funkcja, układ współrzędnych prostokątnych oraz opracował podstawowe twierdzenia algebry. W dziedzinie fizyki sformułował prawo zachowania pędu oraz odbicia i załamania światła.
Natomiast Blaise Pascal, francuski filozof, matematyk, fizyk i publicysta, był uważany powszechnie za następcę Kartezjusza. Obrońca jansenizmu i idei św. Augustyna, a także krytyk moralności jezuickiej, czemu dał wyraz w Prowincjałkach . Propagator zasady rozdziału nauki od religii i rozumu od wiary. Rozbudował zasady logiki i metodologii. Za wzór wiedzy uważał geometrię, sądził jednak, że nie pozwala ona poznać nieskończoności i nie pomaga w rozwiązywaniu zagadnień etycznych i religijnych. Zasady geometrii ułatwiają poznanie faktów, ale nie przynoszą ich zrozumienia. Bez zrozumienia trudno mówić o poznaniu. Przekonanie Pascala o nieprzydatności rozumu w procesie poznawczym doprowadziło do sformułowania tezy, że człowiek może poznać rzeczy nadprzyrodzone przez serce i wiarę. Porządek serca, twierdził, jest różny od porządku rozumu. Sceptycyzm poznawczy stał się podstawą mistycyzmu i fideizmu Pascala. Dowodząc istnienia Boga stanął jednak na gruncie sądów racjonalnych, znanych pod nazwą "zakładu Pascala". Stawiając, jego zdaniem, na istnienie Boga, ryzykujemy niewiele, bo tylko jedno doczesne życie. Jeśli okaże się, iż mamy rację, to zyskamy wieczne istnienie i szczęście. Stąd też należy żyć tak, jakby Bóg istniał, taka, bowiem postawa jest zyskowniejsza niż niewiara. Pascal nie stworzył nowego typu filozofii. Jego koncepcje zawarte w Myślach są wyrazem zmagań wewnętrznych wiodących od sceptycyzmu, przez racjonalizm, do mistyki. Myśl filozoficzna Pascala stała się inspiracją dla egzystencjalistów XIX i XX w. nie interesujących się bytem w ogóle, lecz tylko ludzką egzystencją, i postrzegających, jak Pascal, tragizm losu człowieka, jego zagubienie wśród nieskończoności. Pascal skonstruował arytmometr (1642), sformułował prawa podzielności liczb całkowitych oparte na sumowaniu cyfr, opracował metodę wyznaczania współczynników dwumianu dowolnego stopnia, wprowadził metodę indukcji matematycznej, zajmował się przekrojami stożkowych, kombinatoryką i podstawami rachunku prawdopodobieństwa, był prekursorem całkowych metod obliczania pól, objętości itp., badał zjawiska hydrostatyczne, w 1653 sformułował jedno z podstawowych praw hydrostatyki.
Christiaan Huygens (członek Royal Society i francuskiej Akademii Nauk) sformułował hipotezę o falowej naturze światła (światło) (1678) i wyjaśnił za jej pomocą szereg zjawisk optycznych, skonstruował pierwszy zegar wahadłowy (1657) i podał teorię ruchu wahadła (1658), zbudował teleskop i odkrył księżyc Saturna (Tytan, 1655), opracował metodę polerowania soczewek, wprowadził pojęcie sił bezwładności, zdefiniował cykloidę, zajmował się ponadto rachunkiem prawdopodobieństwa oraz geometrią (obliczanie pól powierzchni brył obrotowych).
W tym samym czasie prawo opisujące własności sprężyste ciał stałych sformułował Robert Hooke, posługując się udoskonalonym przez siebie mikroskopem. Odkrył komórki roślinne (w korku), wynalazł deszczomierz, poziomnicę oraz udoskonalił mechanizm sprężynowy.
W XVII w. zostały położone doświadczalne i teoretyczne podwaliny wielu działów fizyki. Zaczęto systematyczne badania gazów i cieczy oraz ciał sprężystych, zjawisk optycznych i falowych (W. Snell, R. Boyle, B. Pascal, Ch. Huygens, O. Romer, P. Deermat, Torricelli, Otto von Guericke i in.). Następcy Galileusza skonstruowali w XVII w. wiele nowych detektorów, np. baroskop do badania zmian ciśnienia, spektroskop pryzmatyczny do badania składu światła, zegary astronomiczne.
Nowe, ilościowe metody fizyki, rozwijane przez Galileusza i jego następców, wymagały adekwatnych metod matematycznych. Niejako na zamówienie fizyki stworzył R. Descartes geometrię analityczną, a I. Newton i G.W. Leibniz - rachunek różniczkowy i całkowy.
Słynne dzieło I. Newtona Philosopfiiae naturalis principia mathematica (1687) zawiera już kompletną koncepcję nowożytnej fizyki jako nauki ścisłej, zarazem eksperymentalnej i teoretycznej, opartej na pomiarach i szerokim stosowaniu matematyki. W pracy tej Newton sprecyzował pojęcia przestrzeni, czasu, układu odniesienia, masy, siły, pędu itd. Podał też trzy podstawowe prawa dynamiki, zwane często ze względu na ich wagę zasadami mechaniki. Pierwsza zasada postuluje istnienie inercjalnych układów odniesienia; druga podaje równanie wiążące siłę z pochodną pędu; trzecia dotyczy pewnych ogólnych własności symetrii sił wzajemnego oddziaływania między ciałami fizycznymi. Newton odkrył również prawo powszechnego ciążenia jako uniwersalne prawo natury, dotyczące wszelkich ciał fizycznych. Korzystając z podanych przez siebie praw ruchu, wyrażonych w ścisłej matematycznej postaci, rozwiązał wiele konkretnych problemów właściwej fizyki oraz astronomii.
Szczególnie ciekawe rezultaty dały prawa Newtona zastosowane do ruchu planet. Okazało się, że ruch punktu masowego w centralnym polu sił grawitacyjnych odwrotnie proporcjonalnych do kwadratu odległości odbywa się po krzywych stożkowych (koło, elipsa, parabola, hiperbola) w zależności od warunków początkowych. Newton nie tylko fizycznie uzasadnił system Kopernika i trzy prawa Keplera, ale podał jednolitą teorię ruchów ciał na Ziemi oraz planet, komet i innych ciał niebieskich. W ten sposób astronomia stała się po prostu częścią fizyki, a jednocześnie prawa ziemskiej mechaniki objęły co najmniej cały układ planetarny. Zasady jedności materii i powszechności praw fizyki znalazły w mechanice układu planetarnego swoje pierwsze ścisłe potwierdzenie.
Newton przyczynił się również niezwykle do rozwoju optyki, nauki o cieple, mechaniki ośrodków ciągłych itd. Choć jego zasługi dotyczą głównie teorii, to jednak dokonał on także wielu odkryć eksperymentalnych (np. odkrycie dyspersji światła, rozszczepienia światła białego, dyfrakcji i interferencji w cienkich płytkach, odkrycie prawa stygnięcia ciał, praw lepkości).
Newton podał w jasnej i ścisłej postaci zasady nowoczesnej, empiryczno-racjonalnej metody naukowej, która jest stosowana bez zasadniczych zmian do dziś. Dopiero wiek XX przyniósł pewne pogłębienie jego metody naukowej. W ciągu minionych prawie 300 lat metodę tę przejęły bez większych zmian inne nauki przyrodnicze i technika, a ostatnio adaptują ją również nauki społeczne i humanistyczne.